從奧運會中的化學知識說起

趙艷艷

摘要：結合體育新聞事件和體育活動，介紹體育中的化學知識，不但可以提高學生對化學學習和體育運動的興趣，增長科學知識，還可以增加他們對科學過程和方法的了解，體會科學技術對社會和個人所產(chǎn)生的影響，從而提升學生的科學素養(yǎng)，同時也提高化學教學效果。文章介紹了體育中的一些化學教學素材，以及把這些素材融入教學的效果調查、體會和建議。

關鍵詞：體育；化學素材；科學素養(yǎng)；化學教學資源

文章編號：1005–6629（2016）11–0029–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 引言

體育運動為化學技術的應用提供了一個舞臺，化學也為體育運動的發(fā)展進步做出了積極貢獻。將化學元素融入到體育領域里，有助于體育健兒創(chuàng)造佳績，使體育運動變得更有魅力。為此，我們可以引導學生從奧運的角度認識化學，了解體育中蘊含的豐富的化學知識，提升科學素養(yǎng)。2016年里約奧運會引發(fā)了一輪關注體育運動的熱潮。針對學生對體育中豐富的化學知識不太了解這一情況，筆者在里約奧運會舉辦前后，注意開發(fā)適合學生實際的體育中的化學素材，向學生介紹跟體育運動和賽事有關的化學知識，使之融入化學教學，激發(fā)學生學習化學的興趣，受到學生的歡迎?，F(xiàn)將有關內(nèi)容和體會、建議簡介如下。

2 可供選用的一些教學素材

2.1 體育場所建設中的化學

北京奧運會主場國家體育場鳥巢外形的鋼架采用的是一種型號為Q460的特殊鋼材。它是一種低合金高強度鋼，強度是普通鋼材的兩倍，在受力強度達到460兆帕時才會發(fā)生塑性變形，生產(chǎn)難度很大；體育場屋頂鋼結構上覆蓋雙層膜結構，上層為耐腐蝕性、保溫性能好，自潔能力較強且透明的ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）膜，下層為半透明的PTFE（以玻璃纖維織物為基材涂覆聚四氟乙烯樹脂，不易老化，在雨水中具有自潔性能）吸聲膜材料，可保證鳥巢內(nèi)語音的清晰度?！八⒎健庇纱蟠笮⌒〖s3000個用ETFE膜材料制作的透明泡狀薄膜覆蓋，外部光線透過這些薄膜照射到室內(nèi)，能節(jié)省30%的電力，是當時國際上建筑面積最大、功能要求最復雜的膜結構系統(tǒng)。許多體育館使用的茶色玻璃是一種有機玻璃，主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯，含有微量的鐵、鈷、硒等氧化物，它透過的紅外線只有普通玻璃的四分之一。具有光線柔和、防眩、隔熱的效果。

田徑場的跑道、室內(nèi)外網(wǎng)球場、羽毛球場、屋頂運動場等經(jīng)常采用聚氨酯橡膠等材料。跳遠場上，一些沙池里填充的并非天然沙子，而是細顆粒的橡膠泥粒，疏松柔軟，可保障運動員肌膚不受損傷。

沒有天然草坪，是開展校園足球運動的障礙之一。如今，以PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PA（尼龍）、聚酯纖維制作的人造足球草坪代替天然草坪，具有彈性好、耐磨抗蝕、安全、經(jīng)濟、美觀等優(yōu)點。

2.2 體育設施和器材中的化學

1972年的慕尼黑大賽上，美國選手推出了“秘密武器”——一種用滌綸加聚酯制成的新型弓弦。1985年，又一種新的弓弦——高分子聚乙烯弦問世，射箭的命中率又有了進一步的提高。

撐竿跳高運動的撐竿最早使用木桿，最高成績?yōu)?.30米；1905年開始使用竹竿，最高成績達到4.77米；1930年出現(xiàn)金屬竿，最好成績達到4.80米；1948年開始使用玻璃纖維竿?，F(xiàn)在的撐桿普遍采用玻璃纖維和合成樹脂制成的玻璃鋼撐桿。這種撐桿質量輕，彈性好，強度大，使最高成績已突破6米高度。

標槍桿的材料最初采用木材，后來又制成竹桿標槍。1952年起，逐漸改用鋁桿標槍。1984年洛杉磯奧運會上，前民主德國選手烏貝霍思使用鋁桿標槍，投出105米世界最高紀錄。

沖浪運動用的帆板大多是泡沫塑料制成，也有用木材、碳纖維和其他材料制成的。

保齡球中心以軟木塞和合成強化橡膠混合組成，外層用硬質橡膠、塑膠或玻璃纖維包圍壓制而成。各種顏色的飛碟盤則是用塑料制作的。

2.3 運動（員）裝備中的化學

運動員的服裝、訓練裝備一般是由各種材質的化學合成材料制成的，隨著化學材料的更新?lián)Q代，運動員的服裝和訓練裝備的材料也一直在改進，極大地促進了運動員運動成績的提高。運動員的服裝多采用輕便、耐磨、透氣性好、防水防熱的有機合成纖維，如滌綸、耐綸、晴綸、氨綸等制成。

跳水、游泳運動員穿的泳衣經(jīng)歷了絲綢泳衣、尼龍泳衣、含有超細尼龍纖維和聚氨酯纖維的“大力士”泳衣等演化過程。第四代“鯊魚皮”泳衣在泳衣的臀部、胸部和大腿位置加入了光滑的聚亞胺酯板材，比“尼龍彈力比基尼泳衣”減少了5%的阻力，利于運動員提高速度。據(jù)報道，在水立方參加游泳比賽的運動員，90%都穿“鯊魚皮”泳衣。還有報道說，是“鯊魚皮”泳衣成就了美國游泳名將菲爾普斯8金的夢想[1]。

不同項目運動員的訓練鞋用不同材料制作。如：籃球、排球運動員采用彈性十分好的順丁橡膠做鞋底，順丁橡膠（BR）全名為：順式-1，4-聚丁二烯橡膠，簡稱BR，分子式為- [CH2-CH=CH-CH2] -n，是由丁二烯聚合制得的結構規(guī)整的合成橡膠。與天然橡膠和丁苯橡膠相比，硫化后的順丁橡膠的耐寒性、耐磨性和彈性特別優(yōu)異，運動負荷下發(fā)熱少，耐老化性較好，易與天然橡膠、氯丁橡膠或丁腈橡膠并用。足球運動員使用強度十分高的聚氨酯橡膠作底材，并安裝上聚氨酯防滑釘。田徑運動員要求鞋柔軟而富有彈性，一般選擇高彈性的異戊橡膠鞋底。

拳擊、散打、擊劍等運動的護具，武術運動中的刀、槍、鞭等，摔跤、柔道等運動的墊子都采用了化學組成、結構不同的材料。

2.4 體育賽事活動中的化學

奧林匹克憲章規(guī)定，由五個相套的、顏色不同的圓環(huán)作為奧林匹克標志，象征五大洲的團結以及全世界的運動員以公正、坦率的比賽和友好的精神在奧林匹克運動會上相見?；瘜W家利用碳原子及氫原子合成了分子結構類似奧林匹克標志的奧林匹克烯（Olympicene，C19H12），并在2009年利用掃描式隧道顯微鏡拍攝圖像（見圖1左圖）。這是一個由五個苯環(huán)融合組成的多環(huán)芳烴，屬于苯并芘類化合物（見圖1右圖）。其結構十分微小，寬度只有約1.2納米，相當于人類頭發(fā)絲的約10萬分之一。

“奧林匹克烯”不只是向奧運致意，還有實際的科學價值：它的結構與石墨烯類似，在電學和光學等方面都有獨特之處，將來或可應用于研發(fā)下一代太陽能電池或發(fā)光二極管等?！皧W林匹克鎖烴”（Olympiadane）的分子中有五個套在一起的圈，而不是并環(huán)，其平面（圖2a）和立體（圖2b）的兩種結構示意圖如下。

歷屆奧運會開幕式都要舉行隆重的“火炬接力”。以前火炬使用的燃料大多是液化天然氣，主要成分是甲烷及其他烷烴，燃燒后排放物為二氧化碳和水。丁烷氣和煤油是常用的火炬燃料，液態(tài)丁烷的火焰風吹不滅，雨淋不熄。2000年悉尼奧運會的火炬燃料是一種由丙烷和丁烷混合而成的燃料，該燃料產(chǎn)生的火焰不僅不怕風吹雨打，而且可以在水下傳遞，不會污染水體。2008年北京奧運會火炬內(nèi)燃料是99%以上純度的丙烷，火苗高達一米，即使在200米以外，仍然清晰可見[2]?；鹁孢€采用高品質鋁合金和中空塑料設計，十分輕盈。下半部噴高觸感塑膠漆，手感舒適不易滑落。

里約當?shù)貢r間2016年8月10日，當陳若琳和劉蕙瑕參加女子雙人十米跳水決賽時，賽場泳池的水竟然變成了碧綠色。據(jù)外媒14日報道，巴西工作人員表示，在清洗水池時用了過氧化氫（即雙氧水），錯誤地與氯混合使用，在泳池中發(fā)生了次氯酸與過氧化氫的反應，生成鹽酸、氧氣和水，使次氯酸漂白作用消失，導致水池不再具有殺菌作用，浮藻得以滋生，令池水變綠，里約奧運跳水池變綠多日的謎底終于解開。生活中多數(shù)泳池的水呈碧藍色，是因為加入了硫酸銅的緣故，硫酸銅具有防治綠藻的作用。

里約奧運會的200余萬套生物塑料餐具來自武漢一家高科技公司，是利用秸稈、竹粉、植物淀粉等可再生原料制造出的可降解生物塑料制品。里約奧運會的獎牌為歷屆奧運會中最為環(huán)保的獎牌：金牌不含損害生態(tài)的水銀，獎牌所使用的銀從回收的舊鏡面及廢棄X光片中提取而來，銀牌和銅牌均使用30%的可循環(huán)材料。獎牌綬帶由回收的塑料瓶制成。

奧運會上五彩繽紛的焰火、發(fā)令槍產(chǎn)生的白色煙霧的成分等，都與化學知識息息相關。此外，除了鼓勵觀眾和游客使用公共交工具通前往賽場觀賽，奧組委還規(guī)定場內(nèi)只能銷售使用可循環(huán)利用材料包裝制成的食品，用生物柴油為發(fā)電機提供動能，改進通風系統(tǒng)以減少空調使用率，降低碳排放量。這些都可與化學教學中的環(huán)保話題結合起來。

2.5 體育生理保健與安全防護中的化學

運動員在運動和比賽中，體內(nèi)的血液、肌肉等成分和身體機能會發(fā)生一系列變化，運動員機體的內(nèi)環(huán)境也在時刻變化著，其中涉及到一些化學知識。教師可結合運動員運動過程中體內(nèi)發(fā)生的生物化學變化、運動員科學飲食、反興奮劑等內(nèi)容進行教學。

2.5.1 體育生理保健中的化學

在進行上海九年級化學下冊第五章“酸”的知識的教學時，可結合運動員乳酸堆積進行教學。乳酸是人體運動過程中體內(nèi)葡萄糖代謝的中間產(chǎn)物。由于運動相對過度，氧氣供應不足形成無氧代謝，機體內(nèi)產(chǎn)生的乳酸不能在短時間內(nèi)進一步分解為水和二氧化碳，從而導致大量乳酸在體內(nèi)堆積，引起局部肌肉的酸痛。介紹了乳酸產(chǎn)生機理，教師還可向學生介紹消除乳酸的方法。

在體育競賽中常常有一些運動員盲目使用違禁藥物提高比賽成績，這種行為違反體育道德和體育法規(guī)。目前常見的比賽違禁藥物有合成類固醇、麻醉劑、興奮劑、β阻斷劑和利尿劑。服用類固醇能增長肌肉、增強耐力，適應大運動量訓練和加速訓練后的恢復，在比賽中取得較好成績。但此類藥物對身體的危害性很大，不但損傷肝臟，還是肝癌的誘因，而且可以使泌尿系統(tǒng)發(fā)生癌變，給心臟、血管帶來危害。為維護奧林匹克原則、維護運動員的身體健康，1968年，奧委會公布并完全禁止運動員服用違禁藥物[3]。奧運會也規(guī)定了一些允許使用的藥物和營養(yǎng)劑。如：維生素C、維生素B12、復合維生素、磷酸肌酸、氨基酸混合物、葡萄糖、果糖、抗凝劑、鎂、鐵、葉酸等，教師可介紹它們的化學成分以及在體育運動中的功效。

運動員外傷治療使用的紅藥水、碘酒、生理鹽水、雙氧水、酒精等都與化學有關，教師可結合授課內(nèi)容介紹這些物質所含化學成分的結構、性質和用途等。

2.5.2 體育安全防護中的化學

舉重、體操等運動員在比賽前一般都要用一種“白粉”擦手，這種白粉是碳酸鎂粉，具有良好的吸濕性，可以增大手與器械間的摩擦系數(shù)。保障運動員在比賽時手不打滑并起保護作用。

一些運動員在比賽場上受傷，隊醫(yī)會迅速向前往運動員身上噴一些液體，片刻后運動員往往又能繼續(xù)參加比賽。這種液體叫氯乙烷，它極易揮發(fā)，同時吸收大量熱量，使受傷部位溫度瞬間降低，避免和減輕淤血腫脹現(xiàn)象，使運動員痛覺減退，起到鎮(zhèn)痛和局部麻醉的作用。

3 將體育中化學素材融入教學的途徑

3.1 創(chuàng)設有利于化學知識教學的體育情境

情境教學法是指在教學過程中，教師有目的地引入或創(chuàng)設具有一定情感色彩的、以形象為主體的生動具體的場景，以引起學生一定的態(tài)度體驗，從而幫助學生理解教材，并使學生的心理機能得到發(fā)展的教學方法。情境教學法的核心在于激發(fā)學生的情感和動機，以此推動學生認知活動的進行[4]。

情境教學可以激發(fā)學生學習動機。激發(fā)學習動機一般在導入新課時進行，這是學習新課的重要一步。如：一些項目的運動員要參加高原集訓，一些學生也有在旅行中經(jīng)歷高原缺氧的經(jīng)歷，他們對高原缺氧原理可能并不知曉。教師在進行上海教育出版社初中九年級化學上冊“2.2神奇的氧氣”教學時，可播放一段“上海女孩穿越青藏線，肺水腫發(fā)作命喪高原”視頻創(chuàng)設情境，引起學生對高原缺氧現(xiàn)象的好奇心，進而產(chǎn)生學習氧氣性質的動力。依據(jù)建構主義學習理論，當學生接收的知識與自身原有認知或日常生活中積累的經(jīng)驗有一定相似之處時，掌握新知識就越容易。在教學過程中，教師根據(jù)學生感興趣的體育知識設置有趣的教學情境，便可以最大程度地激發(fā)學生學習興趣，使之積極參與課堂教學活動，主動掌握新知識，并增強運用已有知識去解決生活和訓練中問題的能力。有利于學生在上課時帶著積極的情緒，主動地投入到教學活動中來。

在進行氧氣性質的教學時，教師可順便介紹田徑比賽中裁判員常用的發(fā)令槍的原理。發(fā)令槍中所用的“火藥紙彈”含有氯酸鉀和紅磷，扣動扳機時，二者反應發(fā)出巨響和閃光，同時生成五氧化二磷的白色固體微粒，在空氣中形成白煙。

3.2 開發(fā)體育中的化學知識的趣味實驗，讓學生體驗科學探究的過程和方法

在進行上海九年級化學上冊第3章“走進溶液世界”、上海高中一年級第二學期“探究電解質溶液的性質”內(nèi)容的教學時，教師可讓學生帶不同種類的運動飲料、電解質飲料到學校。如：寶礦力水特電解質補充飲料、佳得樂運動飲料、脈動維生素飲料、維體運動飲料、怡冠運動飲料等，一起探究不同飲料中所含有的化學成分，測定不同飲料的pH、導電性等，讓學生學以致用，對電解質飲料進行深層次的了解。教師還可準備食用檸檬酸、小蘇打、食鹽、糖等，和學生一起制作運動飲料。

在進行高二有機化學內(nèi)容進行時，教師可讓喜愛不同運動的學生帶自己的訓練鞋到教室，如籃球鞋、足球鞋、跑步鞋、乒乓球訓練鞋、羽毛球訓練鞋等，教師提前搜集資料，準備PPT，向學生介紹不同運動鞋的化學成分，尤其是鞋底成分，讓學生明白不同鞋底含有的材料的差異。

教師還可指導學生用漂白粉、硫酸銅等化學物質模擬游泳池的消毒原理，制作一杯類似消毒過的游泳池中的液體；利用生物血液樣本試測血液的pH、血乳酸等生理指標變化并進行探究，了解學生機體的疲勞程度，為今后科學鍛煉提供有益的指導。

3.3 加強觀念滲透，促進學生在潛移默化中積淀科學素養(yǎng)

觀念是人對于事物或者事物某些方面（問題）的概括性的、總結性的、綜合性的認識（見解、看法）。這里說的觀念，既包括化學學科觀念、科學觀念，也包括思想道德和其他方面的觀念?？茖W觀念可以提供了解和學習科學的基本框架，有利于知識的掌握；促進科學理論形成、發(fā)展，提升人的思維品質；引領、調控科學活動，導致規(guī)則、方法形成；全面養(yǎng)育科學素質，提升科學教育水平。正確的觀念有助于提升人的思維品質，有助于形成正確的世界觀和價值觀，提升人的思想境界，提高人的認識水平，是立德樹人的重要內(nèi)容和前提性基礎[5]。體育中的化學教學應該重視科學觀念和其他正確觀念的滲透。

觀念比較抽象，需要教師在教學中結合體育中的化學知識的教學，適時進行滲透。例如，讓學生意識到運動員的吃、穿、住、用、行都可以和化學結合起來，逐步形成化學價值觀、綠色化學觀和必須正確運用化學知識的科學倫理道德觀等，促使學生在反復強化學習中積淀科學素養(yǎng)。再如：在進行上海九年級化學下冊“7.2食品中的營養(yǎng)素”一節(jié)教學時，可對教學內(nèi)容進行拓展、提升，結合運動員科學飲食、運動員控體重等實踐進行教學，將知識學習與實踐有機結合起來。學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)需要教師長期的努力，將培養(yǎng)素養(yǎng)的教學常態(tài)化、長期化，持之以恒，一定會有所成效[6]。

3.4 舉辦體育中的化學知識競賽，讓學生在主動參與中提升科學素養(yǎng)

開展有關體育中的化學知識的知識競賽并適當設置一些獎品或激勵措施，有利于促進學生的參與熱情，并在以后的學習、生活中主動關注和積累與體育有關的化學知識，甚至主動關注生活中與化學有關的各種現(xiàn)象，進一步促進學生科學素養(yǎng)的提升，提高學生的生活質量，改變學生的價值觀和對一些問題的模糊看法。

4 將體育中的化學素材融入教學的效果反饋

筆者任教于上海體育學院附屬競技體育學校，該校學生化學學習積極性普遍不高，但大多對體育興趣濃厚。筆者在里約奧運會舉辦前后的幾個月里，有意識地將有關體育中的化學素材融入教學。為獲得學生對這種做法的反饋，筆者設計調查問卷對初三、高一、高二3個年級的學生進行問卷調查，了解學生對于教師結合體育知識進行化學教學的喜好程度、學生對體育中的化學知識的興趣、學生關注體育中的化學知識的差異性等，共發(fā)放問卷128份，回收有效問卷116份。除此之外，筆者還設計了訪談提綱，選取學習基礎優(yōu)、中、落后三類學生各6名進行訪談，以進一步了解學生對教師今后進行化學教學的建議等，也為今后的研究提供參考。問卷調查和訪談結果顯示：

（1）絕大部分學生喜歡教師將體育融入化學進行教學。

調查結果顯示，47%的學生認為這種嘗試非常好，可以讓他們了解體育場館、運動員服裝等的材料，了解興奮劑知識等；34%的學生認為這種嘗試挺好，可以增強學生學習化學的興趣；兩者比例合計達到81%。

課堂上，教師結合體育知識進行化學教學，學生學習興趣的變化情況為：70%的學生學習興趣有一些提升，15.6%的學生上課表現(xiàn)更積極，6%的學生增強了學習化學的信心，只有1%的學生學習興趣沒什么變化。

（2）大部分學生認為了解體育中的化學知識比較有用。

調查發(fā)現(xiàn)，9%的學生認為了解體育中的化學知識很有用，50%的學生認為比較有用，40%的學生認為有用，只有1%的學生覺得沒什么用；53%的學生在日常生活中對體育中的化學知識比較感興趣，41%的學生在日常生活中對體育中的化學知識興趣一般。

此外，76%的學生想知道奧運會等體育賽事中的化學知識，只有3%的學生不想知道。說明對體育中化學知識感興趣的學生還是占較大比例。

（3）學生對體育中化學知識的關注點呈現(xiàn)差異性。

關注體育生理保健知識的學生比例最高，占53%，其次是關注體育設施和器材中的化學的學生，關注運動（員）裝備中的化學知識的學生，占比均為16%，其余15%為關注運動安全防護、興奮劑等方面的學生。學生關注點不同，也給教師教學帶來啟發(fā)：應盡量結合學生興趣比例較高的內(nèi)容進行授課。

在對學生訪談，了解學生對教師今后在化學教學上應該多關注與體育哪些方面結合的內(nèi)容時，學生的關注點也呈現(xiàn)差異性。主要包括：運動裝備和器材的化學材料，如拳擊、散打等運動的護頭、護齒、護襠、護腿、護肩、拳套、繃帶等的材料；跆拳道的道服、護頭、護具、腳靶的材料；武術運動中劍、刀、棍、槍、鞭、三節(jié)棍等的材料；柔道、摔跤墊子的成分；控體重服的成分；乒乓球球拍表面的膠皮、粘膠皮使用的膠水的化學成分；運動員如何科學飲食、控制體重、選擇合適的營養(yǎng)品；興奮劑的化學成分以及哪些食物中可能含有興奮劑；不同體育項目運動鞋的材料；運動員受傷后使用哪些化學物質處理?？梢?，競技體校學生的關注點大多都與自身專業(yè)訓練相關。

對于普通中學學生而言，關注點可能不大涉及體育專業(yè)知識，所以教師應在平時有意識地積累體育以及其他領域中有關化學知識的素材，才能在教學過程中游刃有余。還可通過改進教學評價環(huán)節(jié)，對學生積極提問、回答問題的行為，可實施給予表揚、加平時分等激勵機制，激發(fā)學生學習積極性。

開發(fā)體育中的化學素材，培養(yǎng)和提升學生科學素養(yǎng)的核心是讓學生以體育中化學知識的學習為切入點，促使學生在已有的化學知識基礎之上，積極主動攝取更多的化學知識，提升自身化學素養(yǎng)、科學素養(yǎng)，逐步掌握化學學習方法，學會全面、辯證地看待化學學科，在未來面對可能出現(xiàn)的實際問題時，能利用化學知識和科學方法解決、思考生活中的實際問題，成為一個全面發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的人。

參考文獻：

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